鄰近鐵路基坑開挖降承壓水施工技術

相龍勝, 高順宇, 黃焱暉

(中交隧道工程局有限公司南京分公司，江蘇 南京 210000)

1 工程概況

某地鐵車站采用現澆式框架結構，為地下二層島式車站，圍護結構采用800 mm厚地下連續墻+內支撐的支護體系，標準段基坑深約16 m，地連墻墻長29.5 m；端頭井段基坑深約17.27 m，地連墻墻長39.5 m。基坑由上至地連墻底依次如圖1所示。

寧啟鐵路位于某車站基坑東側，凈距38.6 m。某車站基坑距離改造完成后H線最小距離24.7 m，距離雨棚柱最小距離30 m，距離青年東路鐵路橋最小距離31 m，距離國鐵某車站房98.3 m。位置關系如圖2所示。

圖2 某車站平面位置關系圖

2 施工降水

2.1 基坑降水方案

根據車站水文地質資料，承壓水賦存于④層以下，車站基坑底位于③-2層粉砂層，基坑開挖過程中需要降潛水。地下連續墻縱斷面如圖1所示，地下連續墻葷墻底位于隔水層④-2層底部，對于潛水為落底式止水帷幕，但隔水層④-2層以下承壓水層依據地勘資料未能揭示厚度，無法隔斷整個承壓水層，采用非完整井進行減壓降水，同時增設素墻且在車站鄰近鐵路端周圍采取回灌措施，成 “幾”字形設置。

圖1 某地鐵車站地質斷面圖

2.2 基坑降水

2.2.1 疏干深井運行

(1)疏干深井降水應在基坑開挖前15～30 d或更早進行，以保證有效降低開挖土體中的含水量。

(2)根據開挖進度，疏干井水位控制在開挖面以下3 m，對于基坑底板，水位控制在開挖面以下1 m，正常情況下，疏干深井保持24 h連續抽水，出現降水異常時，依據需要進行調整[1]。

2.2.2 降壓井運行

某車站基坑根據基坑開挖抗突涌計算，基坑臨界開挖深度為13.13 m。基坑開挖深度與承壓水降深關系如表1所示。

表1 基坑開挖深度與安全水頭埋深對應關系

降壓井水泵安裝時按照承壓水降水埋深深度進行安裝，對每臺水泵安裝自動抽水開關，時刻保持動態水位。每天對坑內外的水位進行測量記錄，形成降水記錄。

車站底板配備反壓沙袋，若降承壓水對鐵路路基影響較明顯，在車站底板澆筑完成到達設計強度時對結構底板進行沙袋反壓，停止降端頭井位置承壓水。

2.2.3 車站基坑降承水段劃分

(1)車站基坑開挖方案。車站基坑從東到西共分10個開挖段，其中六～九段約80 m相對距離鐵路路基較近。采用1∶3放坡臺階式開挖，如圖3所示。

圖3 六～九段開挖分段示意圖

(2)車站降承壓水方案。為減少降承壓水對周邊環境的影響，需嚴格執行“按需降壓”的原則：

①水位控制按照基坑開挖深度和承壓安全水位埋深曲線進行。根據土方挖土工況，降水運行時每口降壓井水頭降深應與基坑開挖深度相一一對應[2]；

②結合車站基坑開挖方案，降承壓水分為5個降壓段(I～V段)，每段約40m，每次開啟一個降壓段范圍內降壓井，降水井運行天數約為31d。降壓井的具體運行情況如表2、圖4所示。

表2 降壓井運行方案表

圖4 降壓井運行時間圖

3 車站鄰近鐵路施工注意事項

3.1 施工前鐵路保護方案報批

(1)施工前，組織鐵路建設主管部門、各鐵路設備管理單位及鐵路部門專家召開《施工組織設計》評審會。向鐵路管理單位提出本工程施工時需要配合事宜，經評審通過后，方可實施。

(2)影響鐵路安全的工序開工前完成鐵路監測點位布置，聯系鐵路設備管理負責人進行管線設備安全的書面交底。作業提前溝通，聯系鐵路設備管理單位安全監督員，共同監管施工作業。施工方積極配合做好鐵路的保護相關工作。

3.2 管理措施

(1)設立領導帶班制度，結構段開挖見底必須有領導現場值班。

(2)明確現場帶班職責權限及工作內容。

(3)對基坑圍護結構、施工工況、監測設施等進行巡查。

3.3 技術措施

地鐵某車站施工對鐵路的影響主要是車站基坑開挖及車站基坑降承壓水，對鐵路的保護主要從兩個方面采取措施。

3.3.1 減小基坑開挖對基坑東側寧啟鐵路造成影響

(1)車站端頭加固土體在基坑開挖前進行施工。在基坑開挖前采用三軸攪拌樁對基坑東端頭外側土體進行加固，加固后的土體強度提高，可有效減少基坑變形與地表沉降。

(2)端頭井采用兩道砼支撐，提高支撐剛度。車站基坑西側盾構井圍護結構采用800 mm厚地下連續墻加4道內支撐+1道換撐，第一道和第二道支撐均采用鋼筋混凝土支撐，提供基坑穩定性。

(3)優化鄰近鐵路端頭開挖方法封閉墊層。以鄰近鐵路第三層土方開挖為例，根據支撐平面位置，將土方分為6小塊按①→②→③→④→⑤→⑥順序開挖，每挖一處在鋼支撐架設且施加預應力完畢后方可進行下一處開挖，分布如圖5所示。

圖5 車站端頭井分段順序開挖示意圖

人工開挖基底以上300 mm土方，完成后用C20早強混凝土及時墊層封底，減少基底暴露的時間。

(4)自動化監測系統。施工中采用自動化監測系統實時監測，如出現沉降過大，立即通知鐵路部門進行維護，為鐵路的行車安全提供有力保障。

3.3.2 減小基坑降水對鐵路造成的影響

(1)增設素砼墻。在鄰近鐵路的車站東端頭隔水層以下增設10 m深的地下連續墻素砼墻，增加承壓水滲流路徑，布置的減壓井盡量減短濾管，遵循“淺井密布”的原則。

(2)地連墻封閉性檢測。基坑開挖前，采集初始水位并進行降水試驗，通過對比坑內外降水水位數據，檢查地連墻的封閉性。

(3)地下連續墻接縫進行WSS注漿和增設旋噴樁。可能滲漏的部位外側采用三根Φ800 mm的高壓旋噴樁呈“品”字型排布進行止水加固預堵漏，旋噴樁中心點位距離連續墻500 mm，樁間距600 mm，搭接200 mm，加固至④-1層粉質黏土內1 m，水泥摻量采用200～250 kg/m，詳見圖6。

圖6 旋噴樁預堵漏平面圖

根據FGM圍護結構滲漏水檢測結果，對存在滲漏水的薄弱位置使用WSS后退式雙液注漿鉆注一體機進行雙液補強。

(4)設置回灌井。降水施工過程中加強對坑外水位的觀測，減少基坑外承壓水頭損失[3]。① 回灌水量應依據實際水位的變化及時調節，保持抽、灌平衡；② 回灌過程需要每天觀測回灌井周邊水位觀測井變化情況，記錄回灌水量，并每天對降水記錄數據進行對比分析整理；③ 加強回灌區域地表沉降監測和對建筑物及周邊管線的沉降監測，監測數據及時反饋，適時調整降水和回灌量。

4 結束語

本文通過對某車站鄰近鐵路基坑開挖降水的施工分析總結，其鄰近鐵路的施工工藝、方法以及管理手段通過實時監測系統數據反應起到了良好的效果，有效地降低鄰近鐵路基坑開挖降承壓水對鐵路路基的影響，根據全自動化監測結果顯示，在基坑開挖降承壓水全過程中鐵路路基沉降僅為2.1 mm，遠遠小于理論計算值10.6 mm。這些施工工藝方法和管理手段是經過現場實踐總結得出的，具有很高的參考價值，為日后的其他鄰近鐵路富水砂層地鐵基坑開挖降承壓水施工提供了很好的參考意義。